速度测量方法与实践

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1、第七章流速测量内容提要皮托管测速热线流速仪测速激光多普勒流速仪测速第一节皮托管测速法一、测速原理V2,p2z1z2V1,p1理想不可压缩流体在重力场中作定常流动时，具有三种形式的能量：位势能、压力势能和动能，在流线上任何一处三者能量之和保持恒定。皮托管：图6为皮托管测流速原理图，图中所示从滞止点一直到压力表液面上的空间是一个内管，在它的外面包着外管，且与压力表的另一个液面上的空间相通，外管的壁上开有小孔，就是静压孔。在测量时，只要把皮托管对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能感受全压力p0，而具有静压孔的外管感受静压力p。pp0带

2、半球形头部的标准皮托管带锥形头部的标准皮托管二、皮托管的分类标准L型：适用于普通一维流动，不适用于沿气流方向速度急剧变化的地方。T型动压管：适用于含尘浓度高的管道，轴向尺寸大，不适用于在轴向上速度变化较大的场合。笛型动压管：适用于测量大尺寸流道内的平均动压。二元测压管：适用于平面气流的测量三元测压管：适用于空间气流的测量T型皮托管静压管总压管笛型皮托管总压孔静压孔皮托管测量依据：不可压缩理想流体对某些规则形状物体的绕流规律。测量内容：流速的方向和大小常用测压管：三管型测速管、三孔测速管三、二维气流速度的测量三管型测速管三孔测速管1、基

3、本构造三孔测速管2、三孔测速管感压探头的形状三孔测速管感压探头的形状球形尖劈形普通圆柱型发散圆柱型聚合圆柱型三孔测速管感压孔3、方向孔的开设原则两方向孔在同一平面内成直角，总压孔开设在两方向孔的角平分线上。4、流速方向的判断转动法：当p1=p3时，证明方向孔2对准气流方向。5、流速大小的确定三、皮托管的标定1、标定系统:稳流段总压管收敛段静压孔被标定的皮托管AB2、标定步骤：按图示位置安装好被标定的皮托管，连接好测量管路；合理选择标定流速的范围，记录各稳定气流流速下校准风洞的标准动压值△h和被标定皮托管的动压值△h1整理数据，拟合成标

4、定方程。第二节热线流速仪测速一、特点探头尺寸小，响应快灵敏度高对流场无干扰信号连续不添加示踪粒子成本低，便于制造二、适用场合微风速（冷库和空调房间）脉动速度（内燃机燃烧室内的湍流强度）皮托管难以安装的场合（压气机级间）三、基本构造探头（热线探头和热膜探头）信号和数据处理系统钨和铂铬和铂探头热线几何尺寸比热膜小，响应频率高，但机械强度低，不适合在液体和带有颗粒的气流中工作。热膜制造工艺复杂，价格昂贵。四、工作原理热平衡原理加热的金属丝由温度升高所产生的热量等于流体所带走的热量。若通过热线的电流为I,热线的电阻为R,热线所产生的热量为：热

5、线所散失的热量：热平衡得：五、工作方式恒流式恒温式空调风道内的风速测量第三节激光多普勒流速仪测速多普勒效应19世纪德国物理学家多普勒发现的声学效应，是指在声源和接收器之间存在着相对运动时，接受器收到的声音频率不等于声源所发出声音的频率。声音的多普勒效应可由高速行驶火车的声调变化而觉察。1925年，爱因斯坦提出了光学多普勒效应。当光源和光接受器之间存在相对运动时，接收到的光波频率与光源所发出光波频率存在偏移，偏移的大小与相对速度成正比。光学多普勒效应一、特点对流场无干扰输出特性线性好，无需标定精度不受流体特性及环境参数的影响分辨率高，响

6、应快测速范围广测量方向性稳定可测量逆流中的湍流速度优点被测流体要有一定透明度管道要有透明窗口测纯净水或空气时要掺入适当散射粒子流速高时要求提高激光输出功率信号处理难价格贵使用时有一定防震要求光学系统与管道无相对运动缺点二、工作原理光源和光接受器均固定，而在流体中加入能够随流体一起流动的失踪粒子，由于微粒对入射光的散射作用，当它接受入射光的照射后，会将这一入射光散射，固定的光接受器接收到的散射光频率与光源发出的光频率存在偏移，偏移量的大小取决于微粒的运行速度。三、测速原理示意图基本表达式典型多普勒测速仪系统构成图四、散射微粒的基本特性能

7、够很好的跟随流体的运动具有高的散射效率具有良好的物理化学性质辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高(蓝移）。在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低(红移）。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。所有波动现象(包括光波)都存在多普勒效应。多普勒效应的另一种解释多普勒测速仪的工作原理是利用相对运动的物体频率的变化。电磁波的传播同样有多普勒特性。当一个发出固定频率的波的物体，相对于观察地点有相对运动

8、时，在观察地点收到的频率随着它们的相对速度而变化即当物体向着观察点接近时，波长就变短，频率就变高；而远离观察点时，波长就变长，频率就变低,这样通过频率的变化就能计算出卫星的高度、速度和方位。若用此法连续测量，就可得到精确